Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Stefanie Janßen

Studies on the role of glial cells in inflammation and regeneration

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-104861

title (ger.)

Studien zur Rolle von Gliazellen bei Entzündung und Regeneration

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2014

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/janssens_ss14.pdf

abstract (deutsch)

Gliazellen sind an fast jedem Aspekt der Entwicklung, Funktion und Erhaltung des Gehirns beteiligt. Die Rolle von Mikroglia und Astrozyten in Erkrankungen des zentralen Nervensystem (ZNS) kann, abhängig von den gegebenen Bedingungen, sowohl schädlich als auch nützlich sein. Bei der Multiplen Sklerose (MS), einer demyelinisierenden Autoimmunerkrankung des ZNS, werden Mikroglia und Astrozyten mit inflammatorischen sowie de- und regenerativen Prozessen in Verbindung gebracht.

Nach Schädigungen des ZNS müssen aktivierte Mikroglia extreme morphologische und funktionelle Veränderungen bewältigen und tragen wesentlich zur Entzündungsreaktion bei, indem sie pro-inflammatorische Mediatoren, z.B. Zytokine und reaktive Sauerstoffspezies, ausschütten. Daher haben wir im ersten Teil der Arbeit untersucht, ob die mikrogliale Aktivierung durch Beeinflussung eines wichtigen Teils des Zytoskeletts, nichtmuskuläres Myosin 2 (NM2), moduliert werden kann. Unsere Ergebnisse zeigen eine deutliche Expression der NM2 Isoform B (NM2B) in aktivierten Mikroglia während der induzierten Demyelinisierung im Mausmodell und in kultivierten Mikroglia nach Aktivierung mit bakteriellem Lipopolysaccharid (LPS). In funktionellen Versuchen konnten wir zeigen, dass NM2 in die mikrogliale Migration, Phagozytose und Produktion von inflammatorischen Mediatoren, insbesondere Stickstoffoxid (NO), involviert ist. Diese Ergebnisse implizieren eine wichtige Rolle des NM2 während der Aktivierung von Mikroglia.

Astrozyten sind aktiv an der Neuroprotektion und dem Überleben von Oligodendrozyten beteiligt und es ist bekannt, dass sie positive Effekte auf regenerative Prozesse und Remyelinisierung haben können. Es wurde gezeigt, dass ein neues orales Therapeutikum zur Behandlung von schubförmig remittierender MS, FTY720, an Sphingosin-1-Phosphat (S1P) Rezeptoren auf Astrozyten bindet und so mehrere essentielle Funktionen der Astrozyten regulieren kann. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden daher primäre Astrozyten mit TNFα oder LPS aktiviert und mit der biologisch aktiven Form von FTY720, FTY720-Phosphat, behandelt. Auf diese Weise wurde der Effekt von FTY720-P auf die Expression der S1P Rezeptoren und verschiedener Faktoren, die an inflammatorischen und regenerativen Prozessen im ZNS beteiligt sind, untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass FTY720-P die Expression von Interleukin (Il)-1β und dem glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) beeinflusst, zwei wichtigen Faktoren von regenerativen Prozessen. Unsere zweite Studie impliziert somit eine Funktion von FTY720-P in der Regulation des regenerativen Potenzials von Astrozyten.

In dieser These haben wir spezifische Reaktionen von Gliazellen unter inflammatorischen Bedingungen untersucht. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Modulation des Zytoskeletts von Mikroglia einen neuen therapeutischen Ansatz zur Behandlung inflammatorischer Prozesse im ZNS darstellen kann. Im zweiten Teil der Arbeit unterstreichen die Ergebnisse die Wirksamkeit von FTY720-P auf Astrozyten, insbesondere durch Unterstützung des regenerativen Potentials dieser Zellen.

abstract (englisch)

Glial cells participate in almost every aspect of brain development, function, and maintenance. The roles of microglia and astrocytes in central nervous system (CNS) diseases are suggested to be both, detrimental and beneficial, depending on the environmental conditions. In multiple sclerosis (MS), a demyelinating autoimmune disease of the CNS, microglia and astrocytes are associated with inflammation, as well as de- and regenerative processes.

Activated microglia undergo critical morphological and functional modifications upon CNS injury and contribute to neuroinflammation by secretion of pro-inflammatory mediators like cytokines and reactive oxygen species. Therefore, we investigated in a first study whether microglial activation can be modulated via interference with one major component of the cytoskeleton, nonmuscle myosin 2 (NM2). We found that NM2 isoform B is strongly expressed in activated microglial cells during toxic demyelination in an animal model and in cultured microglia after activation with bacterial lipopolysaccharide (LPS). Functional assays with a specific NM2 inhibitor revealed that NM2 is involved in microglial migration, phagocytosis and production of inflammatory mediators, in particular nitric oxide (NO). From our results, we suggest that NM2 plays a pivotal role during microglial activation.

Astrocytes are important participants in neuronal and oligodendrocyte protection and are known to exert beneficial effects on regeneration and remyelination. It has been shown that FTY720, a new oral therapeutic for relapsing-remitting MS, targets astrocytic sphingosin-1-phosphate (S1P) receptors and thereby modulates a range of important functions of astrocytes. Hence, we induced activation of astrocytes in vitro and investigated the impact of FTY720 on the expression of S1P receptors as well as several mediators that are associated with inflammation and regeneration. The results showed that FTY720 modulates the expression of two important factors of regeneration, interleukin (Il)-1β and the glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF). Hence, our second study implicates that FTY720 might be involved in regulating the regenerative potential of astrocytes.

Taken together, we investigated specific glial responses upon inflammatory stimuli and assume that modulation of the microglial cytoskeleton might serve as a potential therapeutic strategy against CNS inflammation. In the second part of the thesis, the results support the efficacy of FTY720 on astrocytes, in particular by promoting the regenerative potential of these cells.

keywords

Gliazellen, Entzündung, Regeneration, glia cells, inflammation, regeneration 

kb

2.207